数字电子技术课程设计-乒乓球比赛游戏机

1 数字电子技术课程设计 题目：乒乓球比赛游戏机 姓名 : 学号： 班级： 指导老师： 2 目 录 一、题目与设计要求 . 1 二、 设计思路及总体方案 . 1 三、 元器件选型 . 2 四、 单元电路的设计 . 3 1、球台电路设计 . 3 2、驱动控制电路设计 . 4 3、计分电路设计 . 5 4、报警 电路设计 . 7 五、 完整的电路原理图 . 9 六、 软件仿真与调试，附仿真电路图 . 9 七 、 设计中遇到的问题与收获 . 10 八、参 考文献 . 10 3 一、 题目与设计要求 设计 题目： 乒乓球比赛游戏机 设计要求： 判参与的乒乓球比赛游戏机 个发光二极管排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中点亮的发光二极管代表 “ 乒乓球 ” 的当前位置，点亮的发光二极管依次由左向右或由右向左移动 赛者应立即按下自己一方的按钮表示击球，若击中，则 “ 球 ” 向相反方向运动，若未击中，对方得一分。 方各用两位数码管来显示计分，每局 10 分，到达 10分时，产生 报警信号，铃响三秒。 二、 设计思路及总体方案 分析系统的逻辑功能，画出其框图如下： 图 1乒乓球比赛游戏机的原理框图 如图 1 所示， 根据设计要求，本乒乓球比赛游戏机设计主要由球台模块，球台控制模块，计数器模块 及 显示译码器和 码管模块组成。 用两个 74位双向移位寄存器 接成一个 8 位双向移位寄存器，八个输出端分别接八个发光二极管来 模拟乒乓球台， 发光二极管模拟乒乓球的球台控制模块 报警电路 数码管 A 模块 计数器 A 模块 时钟信号 数码管 B 模块 计数器 B 模块 球台模块 4 位置，点亮的二极管即为乒乓球的实际位置 。 用 制电路 ， 实现双向选择开关击球 者 A、击球者 球信号。 示译码器和 码管模块 ： 用计数器、逻辑门电路和74码管组成计分电路，实现 A、 B 选手计分功能， 并且一方分数达到10 分后通过蜂鸣器报警， 由 74进制计数器 以及门电路 实现蜂鸣器的报警功能 。 三、元器件选型 1 四位双向移位寄存器 74片 2 74 片 3 十进制计数器 74160 五 片 4 2输入与非门 7400 五 片 5 4输入与门 7420 一片 6 3输入与门 7411 二片 7 2输入与门 7409 二 片 8 2输入或门 7432 三 片 9 非门 7404 七 片 10 发光二极管 个 11 数码管 7 个 12 按键开关 个 13 555定时器 555 一 个 14 电阻 个 15 电容 个 16 蜂鸣器 个 5 四、 单元电路的设计 球台电路如下图 2 设计所示： 图 2球台电路 图 2中 球台电路通过两个 4位双向移位寄存器 74位的移位寄存器。具体接法为：， 其中第一个 743输出端接第二个的右移串行输入端，这样当乒乓球 （发光二极管） 往右准备移出第一个寄存器的时候就会在时钟脉冲 样道理，第二个 74 出端接第一个的左移串行输入端。 将两片中其他的 个 4位双向寄存器的 输出端 3均接地。 其功能表如下表 1： 表 1 移位寄存器功能表 R D 作状 态 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 置零 保持 右移 左移 并行输入 6 功能说明： (1)当 R D =0，其他输入端均为任意值，寄存器输出 。所以正常工作时应使 R D 处于高电平 。 (2)当 1 时 ，移位寄存器处于数据并行输入状态。 (3)当 0,1 时，其 工作方式叫右移，这时，每来一个时钟脉冲，输出端的数各向右移一位 。 (4)当 1,0 时，其工作方式叫左移，情况正好与右移相反 ， 每来一个时钟脉冲，输出端的数各向 左 移一位 。 时钟脉冲 : 图 3 路 此次设计中所用的是时钟脉冲 55定时器设计的多谐振荡器产生的，振荡周期为 1s，输出脉冲的占空比 q=2/3，此次电路设计 。 由 555的特性参数可知， 通过 计算，为了使 T=1s,令 2=47K,C=10 2、驱动控制电路设计 驱动控制电路设计如下图 4所示 ： 322 21 21 ( 2121 7 图 4驱动控制电路 该电路模块由两片 74个与门 7409、两个与非门 7400、一个或门 7432构成， 74上升沿触发的 D 触发器， S 为置 1 端（低电平有效）， R 为置 0端（低电平有效）。当 时，两片 D 触发器输出端均为 1 即 0=1，通过接入 74时实现的是并行输入功能。当 ， 1=1， 8=0 时 ,通过各门电路可知 D 触发器输出 端分别为 0， 1,即 ,，球台灯右移。相反情况时，当 ， 1=0， 8=1时， ， 0,即 ,，球台灯左移。通过此电路来控制并且实现球台灯的左右移位即实现乒乓球的运动。 3、计分电路设计 计分电路是由计数器模块及显示译码器和 图 5和图 6分别为计数器模块电路和显示译码器和 8 图 5 计数器模块电路 图 6 显示译码器和 码管模块电路 9 计分电路以击球者 A 的计分电路为例进行说明。 首先，显示译码器和 4数码管构成的，在数电实验中有这些实际操作。 计数器模块电路 主要由两片 74进制计数器 、 3 输入与门及或门 构成，得分真值表如下表 2： 表 2 得分真值表 同步十进制计数器 74 表 3 同步十进制计数器 74R D 作状态 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 置零 预置数 保持 保持（但 C=0） 计数 由 74功能表可知，当 R =T=1 时工作状态为计数，即图 4中的 时。选用 为 74计数控制端，当 时计数，当 时计分电路处于保持状态。 3 报警信号输出 端，即当选手计满 10分时给出报警信号。 4、报警电路 设计 报警电路的设计如下图 7所示 ： 1 1 2 击球者A 击球者B 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 10 图 7 报警电路 如上图所示，报警电路由 74 74及门电路组成，当计分电路计满 10分的同时将进位 3号送给 74接口，将 与脉冲信号通过 74 =0时与非门输 出高电平，使 而保持 ， =0， 3报警电路图中 的 计数器 “ 3秒定时”开始 计数。 图 8是对 “ 3秒定时” 计数器如何实现蜂鸣器 响铃 3秒 的分析： 图 8 计数器如何实现蜂鸣器响铃 3秒的分析 从 报警 电路图上可知，蜂鸣器响铃的条件是 ，并且 1 至少有一个输出为 1，从而 可知， 000 时，蜂鸣器并未被接通，只有 001时，蜂鸣器才 开始 被接通 ， 当 100 时 蜂鸣器停止被接通。 接下来就是如何控制响铃 3 秒了， 号是与 与非之后 接进计数器“ 3 秒定时”的，根据 11 74功能表 上 以及从上面 面脉冲图分析可知， 降沿时计数器输出 端 输出下一个数。一旦 ，蜂鸣器就停止响铃，计数器 数器也就不再计数，从而实现了响铃 3秒。 五、 完整的电路原理图 总体设计电路图如下图所示： 图 9 完整的电路原理图 六、 软件仿真与调试，附仿真电路图 仿真电路图如图 10 所示： 图 10 仿真电路图 12 裁判 为总开关管，每比完一局按一次总开关表示重开一局。 击球者 控制开关， 击球者 B 表示选手 B 的控制开关，让选手 A 发球 则先按 击球者 A，让选手 B 发球则先按 击球者 B。选手 A 和选手 B 通过按开关击球者 中则把球击向对方，没击中则给对方计分。 如果一方选手得分为 10分， 双方同时 得分将被清零，蜂鸣器响三秒。结束后，可以进行下一局比赛。 七 、 设计中遇到的问题与收获 此次设计使我懂得了数字 电路 的 基本设计方法 ,对 真软件有了初步的了解和认识 ， 让我懂得如何 使用 件 对电路进行设计和 仿真， 并且加深了我对数电课上所学的组合逻辑电路和时序逻辑电路的了解，对所学器件如何使用都有了更深一步的体会和了解。 开始设计时自己无从下手，只能查阅各种资料，后来逐渐对题目有了了解，但是我也发现网上的电路图自己调试后未必能成功，所以我们必须要在理解别人的设计思路之后有自己的设计思路。与此同时，我查阅了很多资料和文献，锻炼了自己的查阅文献能力和自学能力。也发现虽然在课上明白各个器件的理论知识，但是在运用中还是会生疏，从而此次课设加深了自己对器件的了解。一开始此次设计问题最大的就是对计时器的运用，不是很熟悉如何和 3秒警告响铃结合起来，然后仔细翻看课本 ,向老师、朋友请教，最后成功了；后来在电路仿真之后计数器出现了问题，一开始 会有即使击球者 B 击回了击球者 A 发来的球，计数器还是会给击球者 来把原来的 2输入与门变成加上 3输入与门就消除了上述现象。 在这次课程设计中我学习到了对待问题需要从各个角度去看待，明白与人交流沟通